失速型风电机组机网扭振的模型与机理

指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性,为研究风电机组的机网扭振问题,针对失速型异步风力发电机,建立了研究其风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一动态模型.采用有限元方法分析了实际的叶片结构,将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为三质量块-弹簧模型,同时建立了发电机定子和电网在d-q坐标系下的模型,实现了机网接口.仿真分析得到了风力发电机的旋转系统在电网三相故障激励下叶片的扭振曲线,其扭振频率与风机旋转系统的理论固有频率相同,且故障切除以后扭振现象并未衰减;为进一步研究抑制机网扭振的方法提供了理论基础.     

双馈式风电机组机网扭振的建模与仿真

建立了双馈式风力机组机网扭振的小信号分析模型,包括风力机的机械旋转系统模型、发电机模型、控制模型及电网模型.其中机械旋转系统包括风力机的桨叶、高速轴、齿轮箱、低速轴和发电机转子,等效为三个集中质量块-弹簧模型;发电机、电网及控制模型均在 dq 坐标系下建立.推导了整个模型的状态方程.在电磁暂态仿真软件 EMTP 中建立...     

基于三质量块模型的失速型风机小信号建模和模态分析

风电场大规模接入电网可能增加区域电网低频振荡和风电机组轴系扭振的风险,研究风机建模及扭振特性是保证电力系统安全稳定的重要课题。以失速型风电机组为例,建立基于三质量块轴系模型的单机对无穷大母线系统小信号模型,并采用模态分析法探讨系统电气参数对失速型风电机组轴系扭振特性的影响。为方便不同机型及多机风电机组的扭振特性的拓展研究,系统各部分模型相对独立。在单机对无穷大母线系统模型的基础上建立简化失速型风电场多机小扰动仿真模型,研究风电场扭振模态的变化,MATLAB仿真验证了该模型用于风电机组轴系扭振问题研究的有效性和准确性。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

风力发电机组轴系扭振模式稳定性分析

针对带串联补偿装置的并网双馈风力发电机组轴系扭振模式的稳定性,搭建了风力发电机轴系的三质量块等效模型,用小扰动法分析了轴系不同质块间的扭振模式。基于矩阵束算法辨识串联补偿度对风电场发电机组轴系扭转模式稳定性的影响,分析表明在故障情况机组轴系可能发生暂态扭矩放大。在PSCAD/EMTDC中搭建了某实际风电场中风力机轴系和发电机电磁暂态模型以及电网其它部分模型。仿真结果表明:电网故障会引发轴时系扭振模式不稳定现象,同时验证了串联补偿影响轴系扭振模式的稳定性。     

基于联合仿真的风电机组低电压穿越传动链扭振抑制研究

针对双馈风电机组传动链电网故障过程中可能存在的扭振问题,采用弹簧阻尼质量建模方法,建立了能够反映柔性特性的传动链模型,得出了其自然振荡频率与阻尼系统解析表达式,揭示了柔性传动链的欠阻尼系统本质。通过故障期间发电机电磁转矩特性分析,说明了通过发电机电磁转矩突变量与高频脉动控制减弱传动链机械扭振的不可行性。在此基础上,提出了电网故障期间传动链的虚拟变阻尼控制策略,通过发电机附加转矩控制等效增大传动链阻尼,抑制了电网故障期间传动链的扭振。通过风电机组Bladed+Matlab联合仿真模型仿真分析,证明了理论分析与虚拟变阻尼扭振抑制策略的有效性。     

大型风电场机网扭振分析与抑制研究

风能作为可再生型和环境友好型能源,风力发电技术已经迅速在全世界范围内到了发展。随着风电的快速发展,大型风电场并网安全问题也越来越受到关注。主要针对由变速恒频风电机组组成的大型风电场,研究其并入在含有串联补偿线路的电网后,在严重电网故障情况下机网扭振情况。扭振现象对于风电机组的零部件和电网安全稳定运行构成严重的威胁。建立建立风力机的四质量块模型和感应发电机数学模型,采用等值机形式,构建了9 MW的大型风电场。首先验证了在三相短路故障情况下,大型并网风电场中存在机网扭振现象。然后,通过改进传统的串联补偿环节,提出了利用晶闸管控制的可控串联补偿装器（TCSC）对机网扭振进行抑制。利用Matlab软件仿真进行实时仿真,并且进行了频谱分析,结果验证了可控串联补偿器可以减少机网扭振。     

大型半速核电发电机转子轴系的扭振疲劳损耗

利用电力系统机网相互作用数字仿真程序MANDISP,专门对某大型核电半速机组发电机转子轴系扭振疲劳特性展开研究,计算大机组的轴系扭振频率、典型电网扰动冲击情况下的扭应力以及扭振疲劳寿命损耗等重要技术参数。并将其与现有行业标准进行对比分析,用于指导该发电机组轴系设计。     

基于储能系统的双馈风电机组机网扭振抑制策略

针对由电网侧电气小扰动引起的机网扭振现象,提出了一种储能系统(ESS)的双馈风电机组(DFIG)机网扭振抑制策略。通过建立储能系统的数学模型,提出了储能系统的附加阻尼控制策略,利用储能系统既能输出无功也能输出有功的特点,根据风电机组母线电压偏差信号及电网电压频率偏差信号,控制储能系统的无功及有功功率的输出,在电网发生故障或者干扰时,稳定母线电压,抑制频率波动,从而及时有效地抑制机网扭振。仿真结果表明,对于传输线路末端无限大电网的电压暂降和频率波动的干扰引起的风电机组轴系扭振,储能系统能够有效地进行抑制。     

大型汽轮发电机组快关汽门技术及轴系扭振监测分析系统

轴系扭振是大机组机网协调运行中的重要问题。本项目结合工程实践,对轴系扭振本征特性、电网异常工况和实施快关过程中轴系扭振响应、扭振疲劳强度分析以及扭振应力在线监测技术进行了全面深入的理论研究和实验,并以此为基础结合火电厂快关汽门的实际需要,对200 MW、300 MW、600 MW等各型机组的轴系扭振固有频率和振型进行了计算和实测;从固有频率和模态振型两方面对轴系扭振特性进行评价,对电网异常工况和汽门快控对轴系扭振影响及轴系扭应力分布进行了计算分析,建立了具有参数辨识及自适应功能的轴系扭振快速响应模型;以此为核心研制了扭振应力在线监测与分析装置,并在国内十余台机组上投入了运行,成为监督大机组轴系扭振的有效手段,为机组实施快关汽门技术的评价提供了可靠的数据。     

Small-signal Modeling and Modal Analysis of Wind Turbine Based on Three-mass Shaft Model

Abstract—One critical task in wind turbine shaft torsional vibration study involves the modeling of a wind turbine and power grid. With a focus on the mechanical rotational system of wind turbine, this article provides a three-mass shaft model upon which one wind turbine to infinite bus model can be developed. The model, based on small-signal stability analysis, is used to study the wind turbine shaft torsional vibration. For this reason, this article concentrates on the union model of stall wind turbine and power grid. The small-signal stability model includes the mechanical system and electrical system. Data for the turbine's blades and shaft as well as electrical generator are given to allow replication of the model in its entirety. Each of the component blocks of the wind turbine and power grid is modeled separately so that one can easily expand and modify the model to simulate variable-speed wind turbines or multi-turbines system to suit their needs. This is then followed by a case study that explains how the small-signal stability model can be used to study wind turbine shaft torsional vibration issues. Results obtained from the case study show that the model performs as expected.     

风电机组等效模型对机组暂态稳定分析结果的影响

该文应用等效集中质量法,建立了同时考虑风力机叶片弯曲柔性以及风力机和发电机之间传动轴扭转柔性的风力机3个质量块等效模型。结合并网笼型异步发电机的电磁暂态模型,以额定功率330 kW(MADE-AE30)和3 MW的风力发电机组为例,在电网电压骤降和机械大扰动下,与风力机传统1个、2个质量块等效模型的机组暂态稳定性进行了     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

双馈风电机组无功控制方式对系统频率稳定的影响

以PSS/E和PSS/E WIND为平台,建立了基于双馈感应发电机的风电场等值模型,结合一个含两座大规模风电场的算例系统,仿真分析了双馈风电机组（DFIG）两种无功控制方式对系统频率稳定的影响.研究结果表明,无论是风速扰动、负荷扰动还是短路故障,与恒电压控制方式相比,恒功率因数控制均有利于系统的频率稳定.     

双馈风机的动态稳定分析

本文探讨了双馈型风电场并网后对地区电网动态稳定性的影响。建立了风电机组的空气动力学模型、轴系模型及桨距角控制系统模型;并在此基础上推导了风电场接入后的地区电网动态稳定特征值分析的状态矩阵。对风电机组接入的广西电网动态稳定性的影响进行全面的仿真分析,仿真证明,通过调整风电场的接入位置,以及采用变速风电机组的稳定控制模型,这两种方式能够有效改善系统阻尼,增强系统动态稳定性。     

异步风力发电机端无功补偿方案的仿真研究

介绍了风电的发展现状和风电场内无功补偿的原因,建立了包括风速模型和异步发电机模型在内的风电机组模型、无功补偿装置模型和并网风电场的仿真模型,并分别采用并联电容器组、静止无功补偿器和静止同步补偿器三种无功补偿装置在风力发电机端进行无功补偿并对补偿结果进行了仿真分析。